Elektrisk spin filtrerer nøglen til ultrahurtig, energieffektiv spintronik

Spin-filtrering kan være nøglen til hurtigere, mere energieffektiv kobling i fremtidens spintronic-teknologi, tillader detektering af spin ved hjælp af elektriske i stedet for magnetiske midler.

Et UNSW-papir, der blev offentliggjort i sidste måned, demonstrerer spindetektion ved hjælp af et spinfilter til at adskille spin-orientering i henhold til deres energier.

Ultrahurtig, ultra-lavenergi 'spintronic' enheder er en spændende, hinsides CMOS-teknologi.

Detektering af spin via elektriske midler i fremtidig spintronik

Det nye felt af spintroniske enheder bruger den ekstra grad af frihed, som partiklernes kvantespin giver, ud over sit gebyr, muliggør ultrahurtig, ultra-lav energi beregning.

Nøglen er evnen til at generere og detektere spin, når det akkumuleres på et materiales overflade.

Forskernes formål er at generere og opdage spin via elektriske midler, frem for magnetiske midler, fordi elektriske felter er meget billigere at generere end magnetiske felter.

Energieffektiv spintronik er afhængig af både generering og detektering af spin via elektriske midler.

I stærkt spin-kredsløbskoblede halvledersystemer, al-elektrisk generering af spin er allerede blevet demonstreret med succes.

Imidlertid, påvisning af spin-to-charge-konvertering har altid krævet en lang række magnetfelter, derved begrænser hastigheden og det praktiske.

I denne nye undersøgelse, UNSW-forskere har udnyttet de ikke-lineære interaktioner mellem spinakkumulering og ladningsstrømme i gallium-arsenidhuller, demonstrerer al-elektrisk spin-til-opladning-konvertering uden behov for et magnetfelt.

"Vores teknik lover nye muligheder for hurtig spindetektion i en lang række materialer, uden at bruge et magnetfelt, "forklarer hovedforfatter Dr. Elizabeth Marcellina.

Tidligere, generering og detektion af spinakkumulering i halvledere er opnået gennem optiske metoder, eller via spin Hall-effekt-invers spin Hall-effektpar.

Imidlertid, disse metoder kræver en stor spindiffusionslængde, hvilket betyder, at de ikke er anvendelige til stærkt spin-kredsløbskoblede materialer med kort spindiffusionslængde.

Fuldstændig elektrisk spin-filtrering

UNSW-undersøgelsen introducerer en ny metode til at detektere spinakkumulering - ved hjælp af et spinfilter, som adskiller forskellige spin-orienteringer baseret på deres energier.

Typisk, spin-filtre har været afhængige af anvendelsen af ​​store magnetiske felter, hvilket er upraktisk og kan forstyrre spin-akkumuleringen.

I stedet, UNSW-holdet udnyttede ikke-lineære interaktioner mellem spinakkumulering og ladning, som letter omdannelsen af ​​spinakkumulering til ladningsstrømme selv ved nul magnetfelt.

"Ved at bruge ballistisk, mesoskopiske gallium-arsenidhuller som et modelsystem for stærkt spin-kredsløbskoblede materialer, vi demonstrerede ikke-lineær spin-til-ladning-konvertering, der er helt elektrisk og kræver intet magnetfelt, " siger den tilsvarende forfatter A/Prof Dimi Culcer (UNSW).

"Vi viste, at ikke-lineær spin-til-ladning-konvertering er fuldt ud i overensstemmelse med dataene opnået fra lineære responsmålinger og er størrelsesordener hurtigere, " siger den korresponderende forfatter prof Alex Hamilton, også på UNSW.

Fordi den ikke-lineære metode ikke behøver et magnetfelt eller en lang spindiffusionslængde, det lover nye muligheder for hurtig detektion af spinakkumulering i stærkt spin-kredsløbskoblede materialer med korte spindiffusionslængder, såsom TMDC'er og topologiske materialer.

Endelig, hurtigheden af ​​ikke-lineær spin-til-opladning-konvertering kan muliggøre tidsopløst udlæsning af spinakkumulering ned til 1 nanosekunds opløsning.